探伤机器人的机械机构部分主要包括：车体、驱动部分、吸附机构、悬架机构、承载机构等。车体需要满足高承载、组合式、轻量化的设计要求；驱动部分主要是电机、减速器、轴承以及轮轴连接的设计；吸附机构主要提供稳定的吸附力；悬架机构完成轮子和车体的连接以及减震的作用；承载机构主要满足搭载设备和固定需要。
1.减震悬架的设计
图9-24 磁吸附减震悬架原理图
图9-24为磁吸附减震悬架原理示意图，平行四连杆机构可以在垂直方向带动悬架上下移动，在上端利用弹簧减震片限制了悬架震动，减震片采用硅锰钢弹簧片，可以有效吸收由于颠覆或者机器人起步、停车阶段带来的震动。减震悬架下端固定永磁体，确保为机器人提供足够磁吸附力。
图9-25是磁吸附减震悬架设计的二维和三维模型图，电机通过固定座和轮轴连接到一起，固定座上端连接硅锰钢弹簧片，下端连接永磁铁，悬架内侧通过两组H型旋转连杆、竖直连杆和车体连接。减震片部分采用5片硅锰钢组成，通过固定连接件和车体连接，减震悬架可以产生竖直方向的弹性变动增加机器人越障能力。
图9-25 磁吸附减震悬架二维图和三维模型
磁铁安装在悬架的最低端，固定在Mecanum轮附近，安装在轮子附近是最有利的越障位置。在机器人遇到障碍时，轮子和焊缝接触，轮子附近的磁铁被提升，保持磁铁和焊缝有足够距离防止发生干涉。磁铁和吸附面可以保持相对稳定距离，若距离太远，永磁铁无法提供足够的吸附力，若距离太近，容易和焊缝产生干涉或摩擦。
2.三轴可调悬架设计
探伤机器人在不同直径罐体上运行，改变机器人轮子倾角和接触面相切将有利于机器人吸附和运动。三轴可调磁吸附悬架结构设计可以改变悬架在三个轴向的倾角，带动轮子和磁铁改变相应倾角，极大地增加了探伤机器人工作面范围，同时探伤机器人具备较强的吸附稳定性和越障能力。
可调悬架在结构上可以实现对某一个轴向的倾角的改变，图9-26所示为三轴可调机构在X或Y向某一方向改变角度时的原理示意图。
图9-26 X、Y轴向悬架旋转原理示意图
在悬架的X、Y向角度改变机构设计中，悬架部分通过转动副、移动副连接到车身上，改变移动副的位置可以改变转动副的角度进而使悬架、轮子、磁铁倾角改变。图9-26中位置0是悬架的初始位置，倾角为0状态；滑块在位置1时，悬架向上旋转倾斜，倾角为正值；滑块在位置2时，悬架向下旋转倾斜，倾角为负值。悬架Z轴方向角度改变转动副和移动副完成角度旋转，具体见图9-27。
图9-27 三轴可调磁吸附悬架结构设计图及模型
如图9-27为三轴可调磁吸附悬架二维和三维模型图。Y向旋转架的结构设计时，利用型材车身本身的滑槽作为限位的移动副，并在Y向旋转架上开出45度的斜槽，既可以调节角度又可以锁死旋转的位置；同时设计了两个旋转点，方便不同角度的调节和移动。同理，在X向旋转架也是基于此原理设计，在Y向旋转架一侧设计水平滑槽和两个旋转点，在X向旋转架上设计旋转点和45度斜槽，对应原理图中的移动副和转动副。Z向旋转机构实现机器人悬架在垂直方向旋转，根据两个45度圆弧槽和螺栓固定点确定悬架在Z方向旋转的角度。(www.xing528.com)
永磁体安装在悬架底端轮子附近，和轮子最低接触点距离为6 mm，在曲面上吸附运行时，通过改变悬架角度也可以同时调整磁铁和吸附面的间隙，使吸附力相对稳定且避免和焊缝发生干涉和摩擦。
3.全方位探伤机器人整车设计
X、Y、Z轴向角度改变后可以实现悬架在三个轴向的角度改变，悬架上主要有运动部件、吸附部件。运动部件主要有Mecanum轮、连接轴、轴承座、减速器、电机等；吸附部件主要有永磁铁、固定座等。四组悬架倾角同时改变就可以完成对曲面的适应以及磁吸附间隙的调整。
在圆柱罐壁面运行时，若机器人以竖直姿态吸附运动，只需要调节机器人X向（车身宽方向）倾角就可以使机器人各轮实现对壁面的相切；当机器人以横向姿态吸附运动时，调节机器人Y向（车身长方向）倾角可以使各轮稳定接触。当机器人在球罐吸附运动时，同时调节X向、Y向可以使机器人完全适应球面吸附。Z轴为机器人悬架本身竖直方向的旋转角度，通过改变Z向转角来改变各轮在竖直方向的转角。
图9-28为机器人整体设计图，Y向旋转架跨度以车身宽度设计，同时连接到车身两侧，防止两侧角度不一样导致车体的高低不平，并且增加了受力强度防止力矩过大导致的变形。X向旋转架对称分布在Y向旋转架两侧，保持车身重量和吸附力均匀平衡。在悬架底端连接永磁铁的固定座上增加紧固件，防止磁吸附力过大导致固定座发生变形。
图9-28 三轴可调磁吸附悬架机器人整体设计
9-29所示为机器人在曲面上运行时，改变Y向、X向角度时的示意图，改变倾角可以实现轮子与曲面相切接触，同时使磁铁间隙得到相对稳定。在凹面上吸附时，当轮子调整和工作面相切接触时，永磁铁同时下降和工作面保持合适距离；在凸面上时，永磁铁被提升并和工作面保持相对合适距离。三轴可调结构的设计，既完成了对轮子倾角的调整，实现机器人在不同直径曲面上的适应性，也实现了永磁铁和工作面间隙的相对稳定可靠，增强了机器人的吸附稳定性和越障性能。
图9-29 机器人倾角改变示意图
机器人车架基本尺寸为400 mm×400 mm，轮子采用直径127 mm、承载40 kg的Mecanum轮，整车主体采用铝合金，轮轴采用钛合金，直径17 mm，整车重量为18 kg。
图9-30 三轴可调磁吸附机器人三维模型和样机
图9-30为三轴可调磁吸附机器人三维模型和样机，在样机运行测试中，机器人吸附力和接触性能良好。在圆柱面实验平台上，通过改变X或Y向倾角，实现机器人以纵向或横向吸附运行；在球罐平台上，同时改变X、Y向倾角可以实现稳定吸附和运动。三轴可调磁吸附悬架机器人解决了适应不同直径曲面、保持吸附力稳定、增强越障能力的关键问题，确保了在不同直径的柱面、球罐表面吸附运行。
图9-31为优化后的轴向可调减震悬架机器人。探伤机器人采用改进后的可调磁吸附减震悬架机器人和三轴可调磁吸附机器人在罐体壁面双侧运行，分别完成在罐体内、外的吸附运行，实现对罐体的探伤作业。当机器人运行在壁面内侧和外侧时，通过对悬架角度的调整使机器人适应内曲面和外曲面，探伤机器人在圆柱面上以纵向或横向的姿态可以实现上下、左右的吸附运动，在球面上可以实现原地旋转和全方位运动。
图9-31 优化后的减震悬架磁吸附机器人
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